參考鏈接： http://www.cnblogs.com/ioshe/p/5489086.html

簡介

Runtime 又叫運(yùn)行時(shí)，是一套底層的 C 語言 API，其為 iOS 內(nèi)部的核心之一，我們平時(shí)編寫的 OC 代碼，底層都是基于它來實(shí)現(xiàn)的。比如：

[receiver message];
// 底層運(yùn)行時(shí)會被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector)
// 如果其還有參數(shù)比如：
[receiver message:(id)arg...];
// 底層運(yùn)行時(shí)會被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)

以上你可能看不出它的價(jià)值，但是我們需要了解的是 Objective-C 是一門動(dòng)態(tài)語言，它會將一些工作放在代碼運(yùn)行時(shí)才處理而并非編譯時(shí)。也就是說，有很多類和成員變量在我們編譯的時(shí)是不知道的，而在運(yùn)行時(shí)，我們所編寫的代碼會轉(zhuǎn)換成完整的確定的代碼運(yùn)行。

因此，編譯器是不夠的，我們還需要一個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)(Runtime system)來處理編譯后的代碼。

Runtime 基本是用 C 和匯編寫的，由此可見蘋果為了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的高效而做出的努力。蘋果和 GNU 各自維護(hù)一個(gè)開源的 Runtime 版本，這兩個(gè)版本之間都在努力保持一致。

點(diǎn)擊這里下載蘋果維護(hù)的開源代碼。
Runtime 的作用

Objc 在三種層面上與 Runtime 系統(tǒng)進(jìn)行交互：

通過 Objective-C 源代碼
通過 Foundation 框架的 NSObject 類定義的方法
通過對 Runtime 庫函數(shù)的直接調(diào)用

Objective-C 源代碼

多數(shù)情況我們只需要編寫 OC 代碼即可，Runtime 系統(tǒng)自動(dòng)在幕后搞定一切，還記得簡介中如果我們調(diào)用方法，編譯器會將 OC 代碼轉(zhuǎn)換成運(yùn)行時(shí)代碼，在運(yùn)行時(shí)確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)。
通過 Foundation 框架的 NSObject 類定義的方法

Cocoa 程序中絕大部分類都是 NSObject 類的子類，所以都繼承了 NSObject 的行為。(NSProxy 類時(shí)個(gè)例外，它是個(gè)抽象超類)

一些情況下，NSObject 類僅僅定義了完成某件事情的模板，并沒有提供所需要的代碼。例如 -description 方法，該方法返回類內(nèi)容的字符串表示，該方法主要用來調(diào)試程序。NSObject 類并不知道子類的內(nèi)容，所以它只是返回類的名字和對象的地址，NSObject 的子類可以重新實(shí)現(xiàn)。

還有一些 NSObject 的方法可以從 Runtime 系統(tǒng)中獲取信息，允許對象進(jìn)行自我檢查。例如：

-class方法返回對象的類；
-isKindOfClass: 和 -isMemberOfClass: 方法檢查對象是否存在于指定的類的繼承體系中(是否是其子類或者父類或者當(dāng)前類的成員變量)；
-respondsToSelector: 檢查對象能否響應(yīng)指定的消息；
-conformsToProtocol:檢查對象是否實(shí)現(xiàn)了指定協(xié)議類的方法；
-methodForSelector: 返回指定方法實(shí)現(xiàn)的地址。

通過對 Runtime 庫函數(shù)的直接調(diào)用

Runtime 系統(tǒng)是具有公共接口的動(dòng)態(tài)共享庫。頭文件存放于/usr/include/objc目錄下，這意味著我們使用時(shí)只需要引入objc/Runtime.h頭文件即可。

許多函數(shù)可以讓你使用純 C 代碼來實(shí)現(xiàn) Objc 中同樣的功能。除非是寫一些 Objc 與其他語言的橋接或是底層的 debug 工作，你在寫 Objc 代碼時(shí)一般不會用到這些 C 語言函數(shù)。對于公共接口都有哪些，后面會講到。我將會參考蘋果官方的 API 文檔。
一些 Runtime 的術(shù)語的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

要想全面了解 Runtime 機(jī)制，我們必須先了解 Runtime 的一些術(shù)語，他們都對應(yīng)著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
SEL

它是selector在 Objc 中的表示(Swift 中是 Selector 類)。selector 是方法選擇器，其實(shí)作用就和名字一樣，日常生活中，我們通過人名辨別誰是誰，注意 Objc 在相同的類中不會有命名相同的兩個(gè)方法。selector 對方法名進(jìn)行包裝，以便找到對應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)。它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是：

typedef struct objc_selector *SEL;

我們可以看出它是個(gè)映射到方法的 C 字符串，你可以通過 Objc 編譯器器命令@selector() 或者 Runtime 系統(tǒng)的 sel_registerName 函數(shù)來獲取一個(gè) SEL 類型的方法選擇器。

注意：
不同類中相同名字的方法所對應(yīng)的 selector 是相同的，由于變量的類型不同，所以不會導(dǎo)致它們調(diào)用方法實(shí)現(xiàn)混亂。

id

id 是一個(gè)參數(shù)類型，它是指向某個(gè)類的實(shí)例的指針。定義如下：

typedef struct objc_object *id;
struct objc_object { Class isa; };

以上定義，看到 objc_object 結(jié)構(gòu)體包含一個(gè) isa 指針，根據(jù) isa 指針就可以找到對象所屬的類。

注意：
isa 指針在代碼運(yùn)行時(shí)并不總指向?qū)嵗龑ο笏鶎俚念愋停圆荒芤揽克鼇泶_定類型，要想確定類型還是需要用對象的 -class 方法。

PS:KVO 的實(shí)現(xiàn)機(jī)理就是將被觀察對象的 isa 指針指向一個(gè)中間類而不是真實(shí)類型，詳見:KVO章節(jié)。
Class

typedef struct objc_class *Class;

Class 其實(shí)是指向 objc_class 結(jié)構(gòu)體的指針。objc_class 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

struct objc_class {
Class isa OBJC_ISA_AVAILABILITY;

if !OBJC2

Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;

endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

從 objc_class 可以看到，一個(gè)運(yùn)行時(shí)類中關(guān)聯(lián)了它的父類指針、類名、成員變量、方法、緩存以及附屬的協(xié)議。

其中 objc_ivar_list 和 objc_method_list 分別是成員變量列表和方法列表：

// 成員變量列表
struct objc_ivar_list {
int ivar_count OBJC2_UNAVAILABLE;

ifdef LP64

int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;

endif

/* variable length structure */
struct objc_ivar ivar_list[1]                            OBJC2_UNAVAILABLE;

} OBJC2_UNAVAILABLE;

// 方法列表
struct objc_method_list {
struct objc_method_list *obsolete OBJC2_UNAVAILABLE;

int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;

ifdef LP64

int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;

endif

/* variable length structure */
struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;

}

由此可見，我們可以動(dòng)態(tài)修改 *methodList 的值來添加成員方法，這也是 Category 實(shí)現(xiàn)的原理，同樣解釋了 Category 不能添加屬性的原因。這里可以參考下美團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的文章：深入理解 Objective-C: Category。

objc_ivar_list 結(jié)構(gòu)體用來存儲成員變量的列表，而 objc_ivar 則是存儲了單個(gè)成員變量的信息；同理，objc_method_list 結(jié)構(gòu)體存儲著方法數(shù)組的列表，而單個(gè)方法的信息則由 objc_method 結(jié)構(gòu)體存儲。

值得注意的時(shí)，objc_class 中也有一個(gè) isa 指針，這說明 Objc 類本身也是一個(gè)對象。為了處理類和對象的關(guān)系，Runtime 庫創(chuàng)建了一種叫做 Meta Class(元類) 的東西，類對象所屬的類就叫做元類。Meta Class 表述了類對象本身所具備的元數(shù)據(jù)。

我們所熟悉的類方法，就源自于 Meta Class。我們可以理解為類方法就是類對象的實(shí)例方法。每個(gè)類僅有一個(gè)類對象，而每個(gè)類對象僅有一個(gè)與之相關(guān)的元類。

當(dāng)你發(fā)出一個(gè)類似 NSObject alloc 的消息時(shí)，實(shí)際上，這個(gè)消息被發(fā)送給了一個(gè)類對象(Class Object)，這個(gè)類對象必須是一個(gè)元類的實(shí)例，而這個(gè)元類同時(shí)也是一個(gè)根元類(Root Meta Class)的實(shí)例。所有元類的 isa 指針最終都指向根元類。

所以當(dāng) [NSObject alloc] 這條消息發(fā)送給類對象的時(shí)候，運(yùn)行時(shí)代碼 objc_msgSend() 會去它元類中查找能夠響應(yīng)消息的方法實(shí)現(xiàn)，如果找到了，就會對這個(gè)類對象執(zhí)行方法調(diào)用。

上圖實(shí)現(xiàn)是 super_class 指針，虛線時(shí) isa 指針。而根元類的父類是 NSObject，isa指向了自己。而 NSObject 沒有父類。

最后 objc_class 中還有一個(gè) objc_cache ，緩存，它的作用很重要，后面會提到。
Method

Method 代表類中某個(gè)方法的類型

typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
SEL method_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *method_types OBJC2_UNAVAILABLE;
IMP method_imp OBJC2_UNAVAILABLE;
}

objc_method 存儲了方法名，方法類型和方法實(shí)現(xiàn)：

方法名類型為 SEL
方法類型 method_types 是個(gè) char 指針，存儲方法的參數(shù)類型和返回值類型
method_imp 指向了方法的實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)是一個(gè)函數(shù)指針

Ivar

Ivar 是表示成員變量的類型。

typedef struct objc_ivar *Ivar;

struct objc_ivar {
char *ivar_name OBJC2_UNAVAILABLE;
char *ivar_type OBJC2_UNAVAILABLE;
int ivar_offset OBJC2_UNAVAILABLE;

ifdef LP64

int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;

endif

}

其中 ivar_offset 是基地址偏移字節(jié)
IMP

IMP在objc.h中的定義是：

typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);

它就是一個(gè)函數(shù)指針，這是由編譯器生成的。當(dāng)你發(fā)起一個(gè) ObjC 消息之后，最終它會執(zhí)行的那段代碼，就是由這個(gè)函數(shù)指針指定的。而 IMP 這個(gè)函數(shù)指針就指向了這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)。

如果得到了執(zhí)行某個(gè)實(shí)例某個(gè)方法的入口，我們就可以繞開消息傳遞階段，直接執(zhí)行方法，這在后面 Cache 中會提到。

你會發(fā)現(xiàn) IMP 指向的方法與 objc_msgSend 函數(shù)類型相同，參數(shù)都包含 id 和 SEL 類型。每個(gè)方法名都對應(yīng)一個(gè) SEL 類型的方法選擇器，而每個(gè)實(shí)例對象中的 SEL 對應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)肯定是唯一的，通過一組 id和 SEL 參數(shù)就能確定唯一的方法實(shí)現(xiàn)地址。

而一個(gè)確定的方法也只有唯一的一組 id 和 SEL 參數(shù)。
Cache

Cache 定義如下：

typedef struct objc_cache *Cache

struct objc_cache {
unsigned int mask /* total = mask + 1 */ OBJC2_UNAVAILABLE;
unsigned int occupied OBJC2_UNAVAILABLE;
Method buckets[1] OBJC2_UNAVAILABLE;
};

Cache 為方法調(diào)用的性能進(jìn)行優(yōu)化，每當(dāng)實(shí)例對象接收到一個(gè)消息時(shí)，它不會直接在 isa 指針指向的類的方法列表中遍歷查找能夠響應(yīng)的方法，因?yàn)槊看味家檎倚侍土耍莾?yōu)先在 Cache 中查找。

Runtime 系統(tǒng)會把被調(diào)用的方法存到 Cache 中，如果一個(gè)方法被調(diào)用，那么它有可能今后還會被調(diào)用，下次查找的時(shí)候就會效率更高。就像計(jì)算機(jī)組成原理中 CPU 繞過主存先訪問 Cache 一樣。
Property

typedef struct objc_property *Property;
typedef struct objc_property *objc_property_t;//這個(gè)更常用

可以通過class_copyPropertyList 和 protocol_copyPropertyList 方法獲取類和協(xié)議中的屬性：

objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
objc_property_t *protocol_copyPropertyList(Protocol *proto, unsigned int *outCount)

注意：
返回的是屬性列表，列表中每個(gè)元素都是一個(gè) objc_property_t 指針

import <Foundation/Foundation.h>

@interface Person : NSObject

/** 姓名 */
@property (strong, nonatomic) NSString *name;

/** age */
@property (assign, nonatomic) int age;

/** weight */
@property (assign, nonatomic) double weight;

@end

以上是一個(gè) Person 類，有3個(gè)屬性。讓我們用上述方法獲取類的運(yùn)行時(shí)屬性。

unsigned int outCount = 0;

objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([Person class], &outCount);

NSLog(@"%d", outCount);

for (NSInteger i = 0; i < outCount; i++) {
    NSString *name = @(property_getName(properties[i]));
    NSString *attributes = @(property_getAttributes(properties[i]));
    NSLog(@"%@--------%@", name, attributes);
}

打印結(jié)果如下：

2014-11-10 11:27:28.473 test[2321:451525] 3
2014-11-10 11:27:28.473 test[2321:451525] name--------T@"NSString",&,N,V_name
2014-11-10 11:27:28.473 test[2321:451525] age--------Ti,N,V_age
2014-11-10 11:27:28.474 test[2321:451525] weight--------Td,N,V_weight

property_getName 用來查找屬性的名稱，返回 c 字符串。property_getAttributes 函數(shù)挖掘?qū)傩缘恼鎸?shí)名稱和 @encode 類型，返回 c 字符串。

objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
objc_property_t protocol_getProperty(Protocol *proto, const char *name, BOOL isRequiredProperty, BOOL isInstanceProperty)

class_getProperty 和 protocol_getProperty 通過給出屬性名在類和協(xié)議中獲得屬性的引用。
消息

一些 Runtime 術(shù)語講完了，接下來就要說到消息了。體會蘋果官方文檔中的 messages aren’t bound to method implementations until Runtime。消息直到運(yùn)行時(shí)才會與方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行綁定。

這里要清楚一點(diǎn)，objc_msgSend 方法看清來好像返回了數(shù)據(jù)，其實(shí)objc_msgSend 從不返回?cái)?shù)據(jù)，而是你的方法在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)被調(diào)用后才會返回?cái)?shù)據(jù)。下面詳細(xì)敘述消息發(fā)送的步驟(如下圖)：

首先檢測這個(gè) selector 是不是要忽略。比如 Mac OS X 開發(fā)，有了垃圾回收就不理會 retain，release 這些函數(shù)。
檢測這個(gè) selector 的 target 是不是 nil，Objc 允許我們對一個(gè) nil 對象執(zhí)行任何方法不會 Crash，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)會被忽略掉。
如果上面兩步都通過了，那么就開始查找這個(gè)類的實(shí)現(xiàn) IMP，先從 cache 里查找，如果找到了就運(yùn)行對應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行相應(yīng)的代碼。
如果 cache 找不到就找類的方法列表中是否有對應(yīng)的方法。
如果類的方法列表中找不到就到父類的方法列表中查找，一直找到 NSObject 類為止。
如果還找不到，就要開始進(jìn)入動(dòng)態(tài)方法解析了，后面會提到。

在消息的傳遞中，編譯器會根據(jù)情況在 objc_msgSend ， objc_msgSend_stret ， objc_msgSendSuper ， objc_msgSendSuper_stret 這四個(gè)方法中選擇一個(gè)調(diào)用。如果消息是傳遞給父類，那么會調(diào)用名字帶有 Super 的函數(shù)，如果消息返回值是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而不是簡單值時(shí)，會調(diào)用名字帶有 stret 的函數(shù)。
方法中的隱藏參數(shù)

疑問：
我們經(jīng)常用到關(guān)鍵字 self ，但是 self 是如何獲取當(dāng)前方法的對象呢？

其實(shí)，這也是 Runtime 系統(tǒng)的作用，self 實(shí)在方法運(yùn)行時(shí)被動(dòng)態(tài)傳入的。

當(dāng) objc_msgSend 找到方法對應(yīng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，它將直接調(diào)用該方法實(shí)現(xiàn)，并將消息中所有參數(shù)都傳遞給方法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，它還將傳遞兩個(gè)隱藏參數(shù)：

接受消息的對象(self 所指向的內(nèi)容，當(dāng)前方法的對象指針)
方法選擇器(_cmd 指向的內(nèi)容，當(dāng)前方法的 SEL 指針)

因?yàn)樵谠创a方法的定義中，我們并沒有發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)參數(shù)的聲明。它們時(shí)在代碼被編譯時(shí)被插入方法實(shí)現(xiàn)中的。盡管這些參數(shù)沒有被明確聲明，在源代碼中我們?nèi)匀豢梢砸盟鼈儭?/p>

這兩個(gè)參數(shù)中， self更實(shí)用。它是在方法實(shí)現(xiàn)中訪問消息接收者對象的實(shí)例變量的途徑。

這時(shí)我們可能會想到另一個(gè)關(guān)鍵字 super ，實(shí)際上 super 關(guān)鍵字接收到消息時(shí)，編譯器會創(chuàng)建一個(gè) objc_super 結(jié)構(gòu)體：

struct objc_super { id receiver; Class class; };

這個(gè)結(jié)構(gòu)體指明了消息應(yīng)該被傳遞給特定的父類。 receiver 仍然是 self 本身，當(dāng)我們想通過 [super class] 獲取父類時(shí)，編譯器其實(shí)是將指向 self 的 id 指針和 class 的 SEL 傳遞給了 objc_msgSendSuper 函數(shù)。只有在 NSObject 類中才能找到 class 方法，然后 class 方法底層被轉(zhuǎn)換為 object_getClass()， 接著底層編譯器將代碼轉(zhuǎn)換為 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))，傳入的第一個(gè)參數(shù)是指向 self 的 id 指針，與調(diào)用 [self class] 相同，所以我們得到的永遠(yuǎn)都是 self 的類型。因此你會發(fā)現(xiàn)：

// 這句話并不能獲取父類的類型，只能獲取當(dāng)前類的類型名
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));

獲取方法地址

NSObject 類中有一個(gè)實(shí)例方法：methodForSelector，你可以用它來獲取某個(gè)方法選擇器對應(yīng)的 IMP ，舉個(gè)例子：

void (*setter)(id, SEL, BOOL);
int i;

setter = (void (*)(id, SEL, BOOL))[target
methodForSelector:@selector(setFilled:)];
for ( i = 0 ; i < 1000 ; i++ )
setter(targetList[i], @selector(setFilled:), YES);

當(dāng)方法被當(dāng)做函數(shù)調(diào)用時(shí)，兩個(gè)隱藏參數(shù)也必須明確給出，上面的例子調(diào)用了1000次函數(shù)，你也可以嘗試給 target 發(fā)送1000次 setFilled: 消息會花多久。

雖然可以更高效的調(diào)用方法，但是這種做法很少用，除非時(shí)需要持續(xù)大量重復(fù)調(diào)用某個(gè)方法的情況，才會選擇使用以免消息發(fā)送泛濫。

注意：
methodForSelector:方法是由 Runtime 系統(tǒng)提供的，而不是 Objc 自身的特性

動(dòng)態(tài)方法解析

你可以動(dòng)態(tài)提供一個(gè)方法實(shí)現(xiàn)。如果我們使用關(guān)鍵字 @dynamic 在類的實(shí)現(xiàn)文件中修飾一個(gè)屬性，表明我們會為這個(gè)屬性動(dòng)態(tài)提供存取方法，編譯器不會再默認(rèn)為我們生成這個(gè)屬性的 setter 和 getter 方法了，需要我們自己提供。

@dynamic propertyName;

這時(shí)，我們可以通過分別重載 resolveInstanceMethod: 和 resolveClassMethod: 方法添加實(shí)例方法實(shí)現(xiàn)和類方法實(shí)現(xiàn)。

當(dāng) Runtime 系統(tǒng)在 Cache 和類的方法列表(包括父類)中找不到要執(zhí)行的方法時(shí)，Runtime 會調(diào)用 resolveInstanceMethod: 或 resolveClassMethod: 來給我們一次動(dòng)態(tài)添加方法實(shí)現(xiàn)的機(jī)會。我們需要用 class_addMethod 函數(shù)完成向特定類添加特定方法實(shí)現(xiàn)的操作：

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
// implementation ....
}
@implementation MyClass

• (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
  {
  if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {
  class_addMethod([self class], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:");
  return YES;
  }
  return [super resolveInstanceMethod:aSEL];
  }
  @end

上面的例子為 resolveThisMethodDynamically 方法添加了實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，就是 dynamicMethodIMP 方法中的代碼。其中 "v@:" 表示返回值和參數(shù)，這個(gè)符號表示的含義見：Type Encoding

注意：
動(dòng)態(tài)方法解析會在消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制侵入前執(zhí)行，動(dòng)態(tài)方法解析器將會首先給予提供該方法選擇器對應(yīng)的 IMP 的機(jī)會。如果你想讓該方法選擇器被傳送到轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，就讓 resolveInstanceMethod: 方法返回 NO。

消息轉(zhuǎn)發(fā)

重定向

消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制執(zhí)行前，Runtime 系統(tǒng)允許我們替換消息的接收者為其他對象。通過 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 方法。

• (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
  {
  if(aSelector == @selector(mysteriousMethod:)){
  return alternateObject;
  }
  return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
  }

如果此方法返回 nil 或者 self，則會計(jì)入消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制(forwardInvocation:)，否則將向返回的對象重新發(fā)送消息。
轉(zhuǎn)發(fā)

當(dāng)動(dòng)態(tài)方法解析不做處理返回 NO 時(shí)，則會觸發(fā)消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。這時(shí) forwardInvocation: 方法會被執(zhí)行，我們可以重寫這個(gè)方法來自定義我們的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯：

• (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
  {
  if ([someOtherObject respondsToSelector:
  [anInvocation selector]])
  [anInvocation invokeWithTarget:someOtherObject];
  else
  [super forwardInvocation:anInvocation];
  }

唯一參數(shù)是個(gè) NSInvocation 類型的對象，該對象封裝了原始的消息和消息的參數(shù)。我們可以實(shí)現(xiàn) forwardInvocation: 方法來對不能處理的消息做一些處理。也可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象處理，而不拋出錯(cuò)誤。

注意：參數(shù) anInvocation 是從哪來的？
在 forwardInvocation: 消息發(fā)送前，Runtime 系統(tǒng)會向?qū)ο蟀l(fā)送methodSignatureForSelector: 消息，并取到返回的方法簽名用于生成 NSInvocation 對象。所以重寫 forwardInvocation: 的同時(shí)也要重寫 methodSignatureForSelector: 方法，否則會拋異常。

當(dāng)一個(gè)對象由于沒有相應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)而無法相應(yīng)某消息時(shí)，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)將通過 forwardInvocation: 消息通知該對象。每個(gè)對象都繼承了 forwardInvocation: 方法。但是， NSObject 中的方法實(shí)現(xiàn)只是簡單的調(diào)用了 doesNotRecognizeSelector:。通過實(shí)現(xiàn)自己的 forwardInvocation: 方法，我們可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象。

forwardInvocation: 方法就是一個(gè)不能識別消息的分發(fā)中心，將這些不能識別的消息轉(zhuǎn)發(fā)給不同的接收對象，或者轉(zhuǎn)發(fā)給同一個(gè)對象，再或者將消息翻譯成另外的消息，亦或者簡單的“吃掉”某些消息，因此沒有響應(yīng)也不會報(bào)錯(cuò)。這一切都取決于方法的具體實(shí)現(xiàn)。

注意：
forwardInvocation:方法只有在消息接收對象中無法正常響應(yīng)消息時(shí)才會被調(diào)用。所以，如果我們向往一個(gè)對象將一個(gè)消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象時(shí)，要確保這個(gè)對象不能有該消息的所對應(yīng)的方法。否則，forwardInvocation:將不可能被調(diào)用。

轉(zhuǎn)發(fā)和多繼承

轉(zhuǎn)發(fā)和繼承相似，可用于為 Objc 編程添加一些多繼承的效果。就像下圖那樣，一個(gè)對象把消息轉(zhuǎn)發(fā)出去，就好像它把另一個(gè)對象中的方法接過來或者“繼承”過來一樣。

這使得在不同繼承體系分支下的兩個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)“繼承”對方的方法，在上圖中 Warrior 和 Diplomat 沒有繼承關(guān)系，但是 Warrior 將 negotiate 消息轉(zhuǎn)發(fā)給了 Diplomat 后，就好似 Diplomat 是 Warrior 的超類一樣。

消息轉(zhuǎn)發(fā)彌補(bǔ)了 Objc 不支持多繼承的性質(zhì)，也避免了因?yàn)槎嗬^承導(dǎo)致單個(gè)類變得臃腫復(fù)雜。
轉(zhuǎn)發(fā)與繼承

雖然轉(zhuǎn)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)繼承的功能，但是 NSObject 還是必須表面上很嚴(yán)謹(jǐn)，像 respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 這類方法只會考慮繼承體系，不會考慮轉(zhuǎn)發(fā)鏈。

如果上圖中的 Warrior 對象被問到是否能響應(yīng) negotiate消息：

if ( [aWarrior respondsToSelector:@selector(negotiate)] )
...

回答當(dāng)然是 NO， 盡管它能接受 negotiate 消息而不報(bào)錯(cuò)，因?yàn)樗哭D(zhuǎn)發(fā)消息給 Diplomat 類響應(yīng)消息。

如果你就是想要讓別人以為 Warrior 繼承到了 Diplomat 的 negotiate 方法，你得重新實(shí)現(xiàn) respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 來加入你的轉(zhuǎn)發(fā)算法：

• (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector
  {
  if ( [super respondsToSelector:aSelector] )
  return YES;
  else {
  /* Here, test whether the aSelector message can *
  * be forwarded to another object and whether that *
  * object can respond to it. Return YES if it can. */
  }
  return NO;
  }

除了 respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 之外，instancesRespondToSelector: 中也應(yīng)該寫一份轉(zhuǎn)發(fā)算法。如果使用了協(xié)議，conformsToProtocol: 同樣也要加入到這一行列中。

如果一個(gè)對象想要轉(zhuǎn)發(fā)它接受的任何遠(yuǎn)程消息，它得給出一個(gè)方法標(biāo)簽來返回準(zhǔn)確的方法描述 methodSignatureForSelector:，這個(gè)方法會最終響應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)的消息。從而生成一個(gè)確定的 NSInvocation 對象描述消息和消息參數(shù)。這個(gè)方法最終響應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)的消息。它需要像下面這樣實(shí)現(xiàn)：

• (NSMethodSignature)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
  {
  NSMethodSignature signature = [super methodSignatureForSelector:selector];
  if (!signature) {
  signature = [surrogate methodSignatureForSelector:selector];
  }
  return signature;
  }

健壯的實(shí)例變量(Non Fragile ivars)

在 Runtime 的現(xiàn)行版本中，最大的特點(diǎn)就是健壯的實(shí)例變量了。當(dāng)一個(gè)類被編譯時(shí)，實(shí)例變量的內(nèi)存布局就形成了，它表明訪問類的實(shí)例變量的位置。實(shí)例變量一次根據(jù)自己所占空間而產(chǎn)生位移：

上圖左是 NSObject 類的實(shí)例變量布局。右邊是我們寫的類的布局。這樣子有一個(gè)很大的缺陷，就是缺乏拓展性。哪天蘋果更新了 NSObject 類的話，就會出現(xiàn)問題：

我們自定義的類的區(qū)域和父類的區(qū)域重疊了。只有蘋果將父類改為以前的布局才能拯救我們，但這樣導(dǎo)致它們不能再拓展它們的框架了，因?yàn)槌蓡T變量布局被固定住了。在脆弱的實(shí)例變量(Fragile ivar)環(huán)境下，需要我們重新編譯繼承自 Apple 的類來恢復(fù)兼容。如果是健壯的實(shí)例變量的話，如下圖：

在健壯的實(shí)例變量下，編譯器生成的實(shí)例變量布局跟以前一樣，但是當(dāng) Runtime 系統(tǒng)檢測到與父類有部分重疊時(shí)它會調(diào)整你新添加的實(shí)例變量的位移，那樣你再子類中新添加的成員變量就被保護(hù)起來了。

注意：
在健壯的實(shí)例變量下，不要使用 siof(SomeClass)，而是用 class_getInstanceSize([SomeClass class]) 代替；也不要使用 offsetof(SomeClass, SomeIvar)，而要使用 ivar_getOffset(class_getInstanceVariable([SomeClass class], "SomeIvar")) 來代替。

總結(jié)

我們讓自己的類繼承自 NSObject 不僅僅是因?yàn)榛愑泻芏鄰?fù)雜的內(nèi)存分配問題，更是因?yàn)檫@使得我們可以享受到 Runtime 系統(tǒng)帶來的便利。

雖然平時(shí)我們很少會考慮一句簡單的調(diào)用方法，發(fā)送消息底層所做的復(fù)雜的操作，但深入理解 Runtime 系統(tǒng)的細(xì)節(jié)使得我們可以利用消息機(jī)制寫出功能更強(qiáng)大的代碼。## 簡介

Runtime 又叫運(yùn)行時(shí)，是一套底層的 C 語言 API，其為 iOS 內(nèi)部的核心之一，我們平時(shí)編寫的 OC 代碼，底層都是基于它來實(shí)現(xiàn)的。比如：

[receiver message];
// 底層運(yùn)行時(shí)會被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector)
// 如果其還有參數(shù)比如：
[receiver message:(id)arg...];
// 底層運(yùn)行時(shí)會被編譯器轉(zhuǎn)化為：
objc_msgSend(receiver, selector, arg1, arg2, ...)

以上你可能看不出它的價(jià)值，但是我們需要了解的是 Objective-C 是一門動(dòng)態(tài)語言，它會將一些工作放在代碼運(yùn)行時(shí)才處理而并非編譯時(shí)。也就是說，有很多類和成員變量在我們編譯的時(shí)是不知道的，而在運(yùn)行時(shí)，我們所編寫的代碼會轉(zhuǎn)換成完整的確定的代碼運(yùn)行。

因此，編譯器是不夠的，我們還需要一個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)(Runtime system)來處理編譯后的代碼。

Runtime 基本是用 C 和匯編寫的，由此可見蘋果為了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的高效而做出的努力。蘋果和 GNU 各自維護(hù)一個(gè)開源的 Runtime 版本，這兩個(gè)版本之間都在努力保持一致。

點(diǎn)擊這里下載蘋果維護(hù)的開源代碼。

Runtime 的作用

Objc 在三種層面上與 Runtime 系統(tǒng)進(jìn)行交互：

1. 通過 Objective-C 源代碼
2. 通過 Foundation 框架的 NSObject 類定義的方法
3. 通過對 Runtime 庫函數(shù)的直接調(diào)用

Objective-C 源代碼

多數(shù)情況我們只需要編寫 OC 代碼即可，Runtime 系統(tǒng)自動(dòng)在幕后搞定一切，還記得簡介中如果我們調(diào)用方法，編譯器會將 OC 代碼轉(zhuǎn)換成運(yùn)行時(shí)代碼，在運(yùn)行時(shí)確定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)。

通過 Foundation 框架的 NSObject 類定義的方法

Cocoa 程序中絕大部分類都是 NSObject 類的子類，所以都繼承了 NSObject 的行為。(NSProxy 類時(shí)個(gè)例外，它是個(gè)抽象超類)

一些情況下，NSObject 類僅僅定義了完成某件事情的模板，并沒有提供所需要的代碼。例如 -description 方法，該方法返回類內(nèi)容的字符串表示，該方法主要用來調(diào)試程序。NSObject 類并不知道子類的內(nèi)容，所以它只是返回類的名字和對象的地址，NSObject 的子類可以重新實(shí)現(xiàn)。

還有一些 NSObject 的方法可以從 Runtime 系統(tǒng)中獲取信息，允許對象進(jìn)行自我檢查。例如：

• -class方法返回對象的類；
• -isKindOfClass: 和 -isMemberOfClass: 方法檢查對象是否存在于指定的類的繼承體系中(是否是其子類或者父類或者當(dāng)前類的成員變量)；
• -respondsToSelector: 檢查對象能否響應(yīng)指定的消息；
• -conformsToProtocol:檢查對象是否實(shí)現(xiàn)了指定協(xié)議類的方法；
• -methodForSelector: 返回指定方法實(shí)現(xiàn)的地址。

通過對 Runtime 庫函數(shù)的直接調(diào)用

Runtime 系統(tǒng)是具有公共接口的動(dòng)態(tài)共享庫。頭文件存放于/usr/include/objc目錄下，這意味著我們使用時(shí)只需要引入objc/Runtime.h頭文件即可。

許多函數(shù)可以讓你使用純 C 代碼來實(shí)現(xiàn) Objc 中同樣的功能。除非是寫一些 Objc 與其他語言的橋接或是底層的 debug 工作，你在寫 Objc 代碼時(shí)一般不會用到這些 C 語言函數(shù)。對于公共接口都有哪些，后面會講到。我將會參考蘋果官方的 API 文檔。

一些 Runtime 的術(shù)語的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

要想全面了解 Runtime 機(jī)制，我們必須先了解 Runtime 的一些術(shù)語，他們都對應(yīng)著數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

SEL

它是selector在 Objc 中的表示(Swift 中是 Selector 類)。selector 是方法選擇器，其實(shí)作用就和名字一樣，日常生活中，我們通過人名辨別誰是誰，注意 Objc 在相同的類中不會有命名相同的兩個(gè)方法。selector 對方法名進(jìn)行包裝，以便找到對應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)。它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是：

typedef struct objc_selector *SEL;

我們可以看出它是個(gè)映射到方法的 C 字符串，你可以通過 Objc 編譯器器命令@selector() 或者 Runtime 系統(tǒng)的 sel_registerName 函數(shù)來獲取一個(gè) SEL 類型的方法選擇器。

注意：
不同類中相同名字的方法所對應(yīng)的 selector 是相同的，由于變量的類型不同，所以不會導(dǎo)致它們調(diào)用方法實(shí)現(xiàn)混亂。

id

id 是一個(gè)參數(shù)類型，它是指向某個(gè)類的實(shí)例的指針。定義如下：

typedef struct objc_object *id;
struct objc_object { Class isa; };

以上定義，看到 objc_object 結(jié)構(gòu)體包含一個(gè) isa 指針，根據(jù) isa 指針就可以找到對象所屬的類。

注意：
isa 指針在代碼運(yùn)行時(shí)并不總指向?qū)嵗龑ο笏鶎俚念愋停圆荒芤揽克鼇泶_定類型，要想確定類型還是需要用對象的 -class 方法。

PS:KVO 的實(shí)現(xiàn)機(jī)理就是將被觀察對象的 isa 指針指向一個(gè)中間類而不是真實(shí)類型，詳見:KVO章節(jié)。

Class

typedef struct objc_class *Class;

Class 其實(shí)是指向 objc_class 結(jié)構(gòu)體的指針。objc_class 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

struct objc_class {
    Class isa  OBJC_ISA_AVAILABILITY;

#if !__OBJC2__
    Class super_class                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
    const char *name                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
    long version                                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    long info                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
    long instance_size                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_ivar_list *ivars                             OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_method_list **methodLists                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_cache *cache                                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    struct objc_protocol_list *protocols                     OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif

} OBJC2_UNAVAILABLE;

從 objc_class 可以看到，一個(gè)運(yùn)行時(shí)類中關(guān)聯(lián)了它的父類指針、類名、成員變量、方法、緩存以及附屬的協(xié)議。

其中 objc_ivar_list 和 objc_method_list 分別是成員變量列表和方法列表：

// 成員變量列表
struct objc_ivar_list {
    int ivar_count                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_ivar ivar_list[1]                            OBJC2_UNAVAILABLE;
}                                                            OBJC2_UNAVAILABLE;

// 方法列表
struct objc_method_list {
    struct objc_method_list *obsolete                        OBJC2_UNAVAILABLE;

    int method_count                                         OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
    /* variable length structure */
    struct objc_method method_list[1]                        OBJC2_UNAVAILABLE;
}

由此可見，我們可以動(dòng)態(tài)修改 *methodList 的值來添加成員方法，這也是 Category 實(shí)現(xiàn)的原理，同樣解釋了 Category 不能添加屬性的原因。這里可以參考下美團(tuán)技術(shù)團(tuán)隊(duì)的文章：深入理解 Objective-C: Category。

objc_ivar_list 結(jié)構(gòu)體用來存儲成員變量的列表，而 objc_ivar 則是存儲了單個(gè)成員變量的信息；同理，objc_method_list 結(jié)構(gòu)體存儲著方法數(shù)組的列表，而單個(gè)方法的信息則由 objc_method 結(jié)構(gòu)體存儲。

值得注意的時(shí)，objc_class 中也有一個(gè) isa 指針，這說明 Objc 類本身也是一個(gè)對象。為了處理類和對象的關(guān)系，Runtime 庫創(chuàng)建了一種叫做 Meta Class(元類) 的東西，類對象所屬的類就叫做元類。Meta Class 表述了類對象本身所具備的元數(shù)據(jù)。

我們所熟悉的類方法，就源自于 Meta Class。我們可以理解為類方法就是類對象的實(shí)例方法。每個(gè)類僅有一個(gè)類對象，而每個(gè)類對象僅有一個(gè)與之相關(guān)的元類。

當(dāng)你發(fā)出一個(gè)類似 [NSObject alloc](類方法) 的消息時(shí)，實(shí)際上，這個(gè)消息被發(fā)送給了一個(gè)類對象(Class Object)，這個(gè)類對象必須是一個(gè)元類的實(shí)例，而這個(gè)元類同時(shí)也是一個(gè)根元類(Root Meta Class)的實(shí)例。所有元類的 isa 指針最終都指向根元類。

所以當(dāng) [NSObject alloc] 這條消息發(fā)送給類對象的時(shí)候，運(yùn)行時(shí)代碼 objc_msgSend() 會去它元類中查找能夠響應(yīng)消息的方法實(shí)現(xiàn)，如果找到了，就會對這個(gè)類對象執(zhí)行方法調(diào)用。

image

上圖實(shí)現(xiàn)是 super_class 指針，虛線時(shí) isa 指針。而根元類的父類是 NSObject，isa指向了自己。而 NSObject 沒有父類。

最后 objc_class 中還有一個(gè) objc_cache ，緩存，它的作用很重要，后面會提到。

Method

Method 代表類中某個(gè)方法的類型

typedef struct objc_method *Method;

struct objc_method {
    SEL method_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *method_types                                       OBJC2_UNAVAILABLE;
    IMP method_imp                                           OBJC2_UNAVAILABLE;
}

objc_method 存儲了方法名，方法類型和方法實(shí)現(xiàn)：

• 方法名類型為 SEL
• 方法類型 method_types 是個(gè) char 指針，存儲方法的參數(shù)類型和返回值類型
• method_imp 指向了方法的實(shí)現(xiàn)，本質(zhì)是一個(gè)函數(shù)指針

Ivar

Ivar 是表示成員變量的類型。

typedef struct objc_ivar *Ivar;

struct objc_ivar {
    char *ivar_name                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    char *ivar_type                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
    int ivar_offset                                          OBJC2_UNAVAILABLE;
#ifdef __LP64__
    int space                                                OBJC2_UNAVAILABLE;
#endif
}

其中 ivar_offset 是基地址偏移字節(jié)

IMP

IMP在objc.h中的定義是：

typedef id (*IMP)(id, SEL, ...);

它就是一個(gè)函數(shù)指針，這是由編譯器生成的。當(dāng)你發(fā)起一個(gè) ObjC 消息之后，最終它會執(zhí)行的那段代碼，就是由這個(gè)函數(shù)指針指定的。而 IMP 這個(gè)函數(shù)指針就指向了這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)。

如果得到了執(zhí)行某個(gè)實(shí)例某個(gè)方法的入口，我們就可以繞開消息傳遞階段，直接執(zhí)行方法，這在后面 Cache 中會提到。

你會發(fā)現(xiàn) IMP 指向的方法與 objc_msgSend 函數(shù)類型相同，參數(shù)都包含 id 和 SEL 類型。每個(gè)方法名都對應(yīng)一個(gè) SEL 類型的方法選擇器，而每個(gè)實(shí)例對象中的 SEL 對應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)肯定是唯一的，通過一組 id和 SEL 參數(shù)就能確定唯一的方法實(shí)現(xiàn)地址。

而一個(gè)確定的方法也只有唯一的一組 id 和 SEL 參數(shù)。

Cache

Cache 定義如下：

typedef struct objc_cache *Cache

struct objc_cache {
    unsigned int mask /* total = mask + 1 */                 OBJC2_UNAVAILABLE;
    unsigned int occupied                                    OBJC2_UNAVAILABLE;
    Method buckets[1]                                        OBJC2_UNAVAILABLE;
};

Cache 為方法調(diào)用的性能進(jìn)行優(yōu)化，每當(dāng)實(shí)例對象接收到一個(gè)消息時(shí)，它不會直接在 isa 指針指向的類的方法列表中遍歷查找能夠響應(yīng)的方法，因?yàn)槊看味家檎倚侍土耍莾?yōu)先在 Cache 中查找。

Runtime 系統(tǒng)會把被調(diào)用的方法存到 Cache 中，如果一個(gè)方法被調(diào)用，那么它有可能今后還會被調(diào)用，下次查找的時(shí)候就會效率更高。就像計(jì)算機(jī)組成原理中 CPU 繞過主存先訪問 Cache 一樣。

Property

typedef struct objc_property *Property;
typedef struct objc_property *objc_property_t;//這個(gè)更常用

可以通過class_copyPropertyList 和 protocol_copyPropertyList 方法獲取類和協(xié)議中的屬性：

objc_property_t *class_copyPropertyList(Class cls, unsigned int *outCount)
objc_property_t *protocol_copyPropertyList(Protocol *proto, unsigned int *outCount)

注意：
返回的是屬性列表，列表中每個(gè)元素都是一個(gè) objc_property_t 指針

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Person : NSObject

/** 姓名 */
@property (strong, nonatomic) NSString *name;

/** age */
@property (assign, nonatomic) int age;

/** weight */
@property (assign, nonatomic) double weight;

@end

以上是一個(gè) Person 類，有3個(gè)屬性。讓我們用上述方法獲取類的運(yùn)行時(shí)屬性。

    unsigned int outCount = 0;

    objc_property_t *properties = class_copyPropertyList([Person class], &outCount);

    NSLog(@"%d", outCount);

    for (NSInteger i = 0; i < outCount; i++) {
        NSString *name = @(property_getName(properties[i]));
        NSString *attributes = @(property_getAttributes(properties[i]));
        NSLog(@"%@--------%@", name, attributes);
    }

打印結(jié)果如下：

2014-11-10 11:27:28.473 test[2321:451525] 3
2014-11-10 11:27:28.473 test[2321:451525] name--------T@"NSString",&,N,V_name
2014-11-10 11:27:28.473 test[2321:451525] age--------Ti,N,V_age
2014-11-10 11:27:28.474 test[2321:451525] weight--------Td,N,V_weight

property_getName 用來查找屬性的名稱，返回 c 字符串。property_getAttributes 函數(shù)挖掘?qū)傩缘恼鎸?shí)名稱和 @encode 類型，返回 c 字符串。

objc_property_t class_getProperty(Class cls, const char *name)
objc_property_t protocol_getProperty(Protocol *proto, const char *name, BOOL isRequiredProperty, BOOL isInstanceProperty)

class_getProperty 和 protocol_getProperty 通過給出屬性名在類和協(xié)議中獲得屬性的引用。

消息

一些 Runtime 術(shù)語講完了，接下來就要說到消息了。體會蘋果官方文檔中的 messages aren’t bound to method implementations until Runtime。消息直到運(yùn)行時(shí)才會與方法實(shí)現(xiàn)進(jìn)行綁定。

這里要清楚一點(diǎn)，objc_msgSend 方法看清來好像返回了數(shù)據(jù)，其實(shí)objc_msgSend 從不返回?cái)?shù)據(jù)，而是你的方法在運(yùn)行時(shí)實(shí)現(xiàn)被調(diào)用后才會返回?cái)?shù)據(jù)。下面詳細(xì)敘述消息發(fā)送的步驟(如下圖)：

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1. 首先檢測這個(gè) selector 是不是要忽略。比如 Mac OS X 開發(fā)，有了垃圾回收就不理會 retain，release 這些函數(shù)。
2. 檢測這個(gè) selector 的 target 是不是 nil，Objc 允許我們對一個(gè) nil 對象執(zhí)行任何方法不會 Crash，因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)會被忽略掉。
3. 如果上面兩步都通過了，那么就開始查找這個(gè)類的實(shí)現(xiàn) IMP，先從 cache 里查找，如果找到了就運(yùn)行對應(yīng)的函數(shù)去執(zhí)行相應(yīng)的代碼。
4. 如果 cache 找不到就找類的方法列表中是否有對應(yīng)的方法。
5. 如果類的方法列表中找不到就到父類的方法列表中查找，一直找到 NSObject 類為止。
6. 如果還找不到，就要開始進(jìn)入動(dòng)態(tài)方法解析了，后面會提到。

在消息的傳遞中，編譯器會根據(jù)情況在 objc_msgSend ， objc_msgSend_stret ， objc_msgSendSuper ， objc_msgSendSuper_stret 這四個(gè)方法中選擇一個(gè)調(diào)用。如果消息是傳遞給父類，那么會調(diào)用名字帶有 Super 的函數(shù)，如果消息返回值是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而不是簡單值時(shí)，會調(diào)用名字帶有 stret 的函數(shù)。

方法中的隱藏參數(shù)

疑問：
我們經(jīng)常用到關(guān)鍵字 self ，但是 self 是如何獲取當(dāng)前方法的對象呢？

其實(shí)，這也是 Runtime 系統(tǒng)的作用，self 實(shí)在方法運(yùn)行時(shí)被動(dòng)態(tài)傳入的。

當(dāng) objc_msgSend 找到方法對應(yīng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，它將直接調(diào)用該方法實(shí)現(xiàn)，并將消息中所有參數(shù)都傳遞給方法實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，它還將傳遞兩個(gè)隱藏參數(shù)：

• 接受消息的對象(self 所指向的內(nèi)容，當(dāng)前方法的對象指針)
• 方法選擇器(_cmd 指向的內(nèi)容，當(dāng)前方法的 SEL 指針)

因?yàn)樵谠创a方法的定義中，我們并沒有發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)參數(shù)的聲明。它們時(shí)在代碼被編譯時(shí)被插入方法實(shí)現(xiàn)中的。盡管這些參數(shù)沒有被明確聲明，在源代碼中我們?nèi)匀豢梢砸盟鼈儭?/p>

這兩個(gè)參數(shù)中， self更實(shí)用。它是在方法實(shí)現(xiàn)中訪問消息接收者對象的實(shí)例變量的途徑。

這時(shí)我們可能會想到另一個(gè)關(guān)鍵字 super ，實(shí)際上 super 關(guān)鍵字接收到消息時(shí)，編譯器會創(chuàng)建一個(gè) objc_super 結(jié)構(gòu)體：

struct objc_super { id receiver; Class class; };

這個(gè)結(jié)構(gòu)體指明了消息應(yīng)該被傳遞給特定的父類。 receiver 仍然是 self 本身，當(dāng)我們想通過 [super class] 獲取父類時(shí)，編譯器其實(shí)是將指向 self 的 id 指針和 class 的 SEL 傳遞給了 objc_msgSendSuper 函數(shù)。只有在 NSObject 類中才能找到 class 方法，然后 class 方法底層被轉(zhuǎn)換為 object_getClass()， 接著底層編譯器將代碼轉(zhuǎn)換為 objc_msgSend(objc_super->receiver, @selector(class))，傳入的第一個(gè)參數(shù)是指向 self 的 id 指針，與調(diào)用 [self class] 相同，所以我們得到的永遠(yuǎn)都是 self 的類型。因此你會發(fā)現(xiàn)：

// 這句話并不能獲取父類的類型，只能獲取當(dāng)前類的類型名
NSLog(@"%@", NSStringFromClass([super class]));

獲取方法地址

NSObject 類中有一個(gè)實(shí)例方法：methodForSelector，你可以用它來獲取某個(gè)方法選擇器對應(yīng)的 IMP ，舉個(gè)例子：

void (*setter)(id, SEL, BOOL);
int i;

setter = (void (*)(id, SEL, BOOL))[target
    methodForSelector:@selector(setFilled:)];
for ( i = 0 ; i < 1000 ; i++ )
    setter(targetList[i], @selector(setFilled:), YES);

當(dāng)方法被當(dāng)做函數(shù)調(diào)用時(shí)，兩個(gè)隱藏參數(shù)也必須明確給出，上面的例子調(diào)用了1000次函數(shù)，你也可以嘗試給 target 發(fā)送1000次 setFilled: 消息會花多久。

雖然可以更高效的調(diào)用方法，但是這種做法很少用，除非時(shí)需要持續(xù)大量重復(fù)調(diào)用某個(gè)方法的情況，才會選擇使用以免消息發(fā)送泛濫。

注意：
methodForSelector:方法是由 Runtime 系統(tǒng)提供的，而不是 Objc 自身的特性

動(dòng)態(tài)方法解析

你可以動(dòng)態(tài)提供一個(gè)方法實(shí)現(xiàn)。如果我們使用關(guān)鍵字 @dynamic 在類的實(shí)現(xiàn)文件中修飾一個(gè)屬性，表明我們會為這個(gè)屬性動(dòng)態(tài)提供存取方法，編譯器不會再默認(rèn)為我們生成這個(gè)屬性的 setter 和 getter 方法了，需要我們自己提供。

@dynamic propertyName;

這時(shí)，我們可以通過分別重載 resolveInstanceMethod: 和 resolveClassMethod: 方法添加實(shí)例方法實(shí)現(xiàn)和類方法實(shí)現(xiàn)。

當(dāng) Runtime 系統(tǒng)在 Cache 和類的方法列表(包括父類)中找不到要執(zhí)行的方法時(shí)，Runtime 會調(diào)用 resolveInstanceMethod: 或 resolveClassMethod: 來給我們一次動(dòng)態(tài)添加方法實(shí)現(xiàn)的機(jī)會。我們需要用 class_addMethod 函數(shù)完成向特定類添加特定方法實(shí)現(xiàn)的操作：

void dynamicMethodIMP(id self, SEL _cmd) {
    // implementation ....
}
@implementation MyClass
+ (BOOL)resolveInstanceMethod:(SEL)aSEL
{
    if (aSEL == @selector(resolveThisMethodDynamically)) {
          class_addMethod([self class], aSEL, (IMP) dynamicMethodIMP, "v@:");
          return YES;
    }
    return [super resolveInstanceMethod:aSEL];
}
@end

上面的例子為 resolveThisMethodDynamically 方法添加了實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，就是 dynamicMethodIMP 方法中的代碼。其中 "v@:" 表示返回值和參數(shù)，這個(gè)符號表示的含義見：Type Encoding

注意：
動(dòng)態(tài)方法解析會在消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制侵入前執(zhí)行，動(dòng)態(tài)方法解析器將會首先給予提供該方法選擇器對應(yīng)的 IMP 的機(jī)會。如果你想讓該方法選擇器被傳送到轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，就讓 resolveInstanceMethod: 方法返回 NO。

消息轉(zhuǎn)發(fā)

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重定向

消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制執(zhí)行前，Runtime 系統(tǒng)允許我們替換消息的接收者為其他對象。通過 - (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector 方法。

- (id)forwardingTargetForSelector:(SEL)aSelector
{
    if(aSelector == @selector(mysteriousMethod:)){
        return alternateObject;
    }
    return [super forwardingTargetForSelector:aSelector];
}

如果此方法返回 nil 或者 self，則會計(jì)入消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制(forwardInvocation:)，否則將向返回的對象重新發(fā)送消息。

轉(zhuǎn)發(fā)

當(dāng)動(dòng)態(tài)方法解析不做處理返回 NO 時(shí)，則會觸發(fā)消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。這時(shí) forwardInvocation: 方法會被執(zhí)行，我們可以重寫這個(gè)方法來自定義我們的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯：

- (void)forwardInvocation:(NSInvocation *)anInvocation
{
    if ([someOtherObject respondsToSelector:
            [anInvocation selector]])
        [anInvocation invokeWithTarget:someOtherObject];
    else
        [super forwardInvocation:anInvocation];
}

唯一參數(shù)是個(gè) NSInvocation 類型的對象，該對象封裝了原始的消息和消息的參數(shù)。我們可以實(shí)現(xiàn) forwardInvocation: 方法來對不能處理的消息做一些處理。也可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象處理，而不拋出錯(cuò)誤。

注意：參數(shù) anInvocation 是從哪來的？
在 forwardInvocation: 消息發(fā)送前，Runtime 系統(tǒng)會向?qū)ο蟀l(fā)送methodSignatureForSelector: 消息，并取到返回的方法簽名用于生成 NSInvocation 對象。所以重寫 forwardInvocation: 的同時(shí)也要重寫 methodSignatureForSelector: 方法，否則會拋異常。

當(dāng)一個(gè)對象由于沒有相應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)而無法相應(yīng)某消息時(shí)，運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)將通過 forwardInvocation: 消息通知該對象。每個(gè)對象都繼承了 forwardInvocation: 方法。但是， NSObject 中的方法實(shí)現(xiàn)只是簡單的調(diào)用了 doesNotRecognizeSelector:。通過實(shí)現(xiàn)自己的 forwardInvocation: 方法，我們可以將消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象。

forwardInvocation: 方法就是一個(gè)不能識別消息的分發(fā)中心，將這些不能識別的消息轉(zhuǎn)發(fā)給不同的接收對象，或者轉(zhuǎn)發(fā)給同一個(gè)對象，再或者將消息翻譯成另外的消息，亦或者簡單的“吃掉”某些消息，因此沒有響應(yīng)也不會報(bào)錯(cuò)。這一切都取決于方法的具體實(shí)現(xiàn)。

注意：
forwardInvocation:方法只有在消息接收對象中無法正常響應(yīng)消息時(shí)才會被調(diào)用。所以，如果我們向往一個(gè)對象將一個(gè)消息轉(zhuǎn)發(fā)給其他對象時(shí)，要確保這個(gè)對象不能有該消息的所對應(yīng)的方法。否則，forwardInvocation:將不可能被調(diào)用。

轉(zhuǎn)發(fā)和多繼承

轉(zhuǎn)發(fā)和繼承相似，可用于為 Objc 編程添加一些多繼承的效果。就像下圖那樣，一個(gè)對象把消息轉(zhuǎn)發(fā)出去，就好像它把另一個(gè)對象中的方法接過來或者“繼承”過來一樣。

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這使得在不同繼承體系分支下的兩個(gè)類可以實(shí)現(xiàn)“繼承”對方的方法，在上圖中 Warrior 和 Diplomat 沒有繼承關(guān)系，但是 Warrior 將 negotiate 消息轉(zhuǎn)發(fā)給了 Diplomat 后，就好似 Diplomat 是 Warrior 的超類一樣。

消息轉(zhuǎn)發(fā)彌補(bǔ)了 Objc 不支持多繼承的性質(zhì)，也避免了因?yàn)槎嗬^承導(dǎo)致單個(gè)類變得臃腫復(fù)雜。

轉(zhuǎn)發(fā)與繼承

雖然轉(zhuǎn)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)繼承的功能，但是 NSObject 還是必須表面上很嚴(yán)謹(jǐn)，像 respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 這類方法只會考慮繼承體系，不會考慮轉(zhuǎn)發(fā)鏈。

如果上圖中的 Warrior 對象被問到是否能響應(yīng) negotiate消息：

if ( [aWarrior respondsToSelector:@selector(negotiate)] )
    ...

回答當(dāng)然是 NO， 盡管它能接受 negotiate 消息而不報(bào)錯(cuò)，因?yàn)樗哭D(zhuǎn)發(fā)消息給 Diplomat 類響應(yīng)消息。

如果你就是想要讓別人以為 Warrior 繼承到了 Diplomat 的 negotiate 方法，你得重新實(shí)現(xiàn) respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 來加入你的轉(zhuǎn)發(fā)算法：

- (BOOL)respondsToSelector:(SEL)aSelector
{
    if ( [super respondsToSelector:aSelector] )
        return YES;
    else {
        /* Here, test whether the aSelector message can     *
         * be forwarded to another object and whether that  *
         * object can respond to it. Return YES if it can.  */
    }
    return NO;
}

除了 respondsToSelector: 和 isKindOfClass: 之外，instancesRespondToSelector: 中也應(yīng)該寫一份轉(zhuǎn)發(fā)算法。如果使用了協(xié)議，conformsToProtocol: 同樣也要加入到這一行列中。

如果一個(gè)對象想要轉(zhuǎn)發(fā)它接受的任何遠(yuǎn)程消息，它得給出一個(gè)方法標(biāo)簽來返回準(zhǔn)確的方法描述 methodSignatureForSelector:，這個(gè)方法會最終響應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)的消息。從而生成一個(gè)確定的 NSInvocation 對象描述消息和消息參數(shù)。這個(gè)方法最終響應(yīng)被轉(zhuǎn)發(fā)的消息。它需要像下面這樣實(shí)現(xiàn)：

- (NSMethodSignature*)methodSignatureForSelector:(SEL)selector
{
    NSMethodSignature* signature = [super methodSignatureForSelector:selector];
    if (!signature) {
       signature = [surrogate methodSignatureForSelector:selector];
    }
    return signature;
}

健壯的實(shí)例變量(Non Fragile ivars)

在 Runtime 的現(xiàn)行版本中，最大的特點(diǎn)就是健壯的實(shí)例變量了。當(dāng)一個(gè)類被編譯時(shí)，實(shí)例變量的內(nèi)存布局就形成了，它表明訪問類的實(shí)例變量的位置。實(shí)例變量一次根據(jù)自己所占空間而產(chǎn)生位移：

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上圖左是 NSObject 類的實(shí)例變量布局。右邊是我們寫的類的布局。這樣子有一個(gè)很大的缺陷，就是缺乏拓展性。哪天蘋果更新了 NSObject 類的話，就會出現(xiàn)問題：

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我們自定義的類的區(qū)域和父類的區(qū)域重疊了。只有蘋果將父類改為以前的布局才能拯救我們，但這樣導(dǎo)致它們不能再拓展它們的框架了，因?yàn)槌蓡T變量布局被固定住了。在脆弱的實(shí)例變量(Fragile ivar)環(huán)境下，需要我們重新編譯繼承自 Apple 的類來恢復(fù)兼容。如果是健壯的實(shí)例變量的話，如下圖：

[圖片上傳失敗...(image-8cf21-1510822320510)]

在健壯的實(shí)例變量下，編譯器生成的實(shí)例變量布局跟以前一樣，但是當(dāng) Runtime 系統(tǒng)檢測到與父類有部分重疊時(shí)它會調(diào)整你新添加的實(shí)例變量的位移，那樣你再子類中新添加的成員變量就被保護(hù)起來了。

注意：
在健壯的實(shí)例變量下，不要使用 siof(SomeClass)，而是用 class_getInstanceSize([SomeClass class]) 代替；也不要使用 offsetof(SomeClass, SomeIvar)，而要使用 ivar_getOffset(class_getInstanceVariable([SomeClass class], "SomeIvar")) 來代替。

總結(jié)

我們讓自己的類繼承自 NSObject 不僅僅是因?yàn)榛愑泻芏鄰?fù)雜的內(nèi)存分配問題，更是因?yàn)檫@使得我們可以享受到 Runtime 系統(tǒng)帶來的便利。

雖然平時(shí)我們很少會考慮一句簡單的調(diào)用方法，發(fā)送消息底層所做的復(fù)雜的操作，但深入理解 Runtime 系統(tǒng)的細(xì)節(jié)使得我們可以利用消息機(jī)制寫出功能更強(qiáng)大的代碼。